중국은 반도체산업을 국가 중점산업으로 지정하고, 고부가가치화를 위해 경주하고 있다. 산업체인 내 중국의 IC(집적회로) 설계 산업은 전체 IC 산업의 43% 비중을, 패키징/테스트 분야는 28%의 비중을 각각 차지하지만, 전 세계적으로 IC 설계 부문의 생산 가치 비중은 약 60%를, IC 패키징 비중은 20% 미만이다. 즉, 전반적으로 중국 본토의 IC 산업은 부가가치가 낮고 기술 집약도가 낮은 산업체인에 집중돼 있다는 현실적인 문제에 직면해, 중국은 반도체 산업체인 내 고부가가치를 창출하는 'IC 설계 및 제조'로의 산업구조 전환을 지속적으로 추진하고 있다. 이에 대한 중국의 현재 반도체산업 기술 돌파 현황에 대해 알아보고자 한다.

 

중국 반도체협회 집적회로설계분회 이사장 위샤오쥔(魏少军) 교수는 현재 중국 내 반도체 설계분야에 대해 “프리미엄 제품이 적고 중저가 제품이 많다"고 평가하며, "칩 제품의 차별화 경쟁 부족과 인재 확보 현상 상시화 등 심도 있는 대응이 필요하다"고 분석한 바 있다. 실제 중국 전자업계의 핵심 칩 자급률은 여전히 낮은 수준에 머물고 있다. SEMI에 따르면 중국의 IC 설계산업은 매년 증가세를 유지하고 있으나, 핵심 코어IP와 관련된 중국 컴퓨팅시스템의 CPU, MPU, 일반 전자 시스템의 FPGA/EPLD와 DSP, 통신 장비의 임베디드 MPU와 DSP, 저장장치 분야의 DRAM과 Nand 플래시 등 각 분야 모두 중국산 칩 점유율은 5% 이하 수준으로 하회하고 있다. 

<중국 팹리스 디자인-핵심IP 자급률 현황>

System	Device	IC	중국제조 자급률	중국 대표기업
Computer	Server	CPU	<0.5%	Loongson, Zhaoxin, Phytium, SUNWAY
	PC	CPU/GPU	<0.5%	SINOWEALTH, CR, Micro, HDSC, GigaDevice
	Industrial(산업용)	CPU	10%	Capital Micro, GOWIN, GuoXinMicro, ANLOGIC, Intelligence Silicon etc.
General Electronic	Programmable Logic	FPGA/EPLD	1%
	Digital Process	DSP	<0.5%	CETC-14, Loongson
	Embedded system	Embedded CPU	10%	C-Sky, Hisilicon, Ingenic etc.
Communication System	Mobile Communication	Application Processor	23%
		Communication Processor	25%	Hisilicon, UNSOC etc.
		Embedded CPU/GPU	<0.5%	C-Sky, Hisilicon etc.
		Embedded DSP	<0.5%
	Core Network	NPU	15%	Hisilicon
Storage Device	Semiconductor Storage	DRAM	<0.5%	Innotron
		NAND Flash	<0.5%	YMTC
		NOR Flash	12%	Giga Device
Display and Video	HD TV/Smart TV	Image Processor	40%	Hisilicon, VeriSilicon
		Display Driver	<0.5%	SINOWEALTH

[자료: SEMI 2021년 상반기 보고서]

중국반도체협회 집적회로설계분회 이사장 위샤오쥔 교수는 "미·중 무역갈등이 심화되면서 중국기업은 공급망 보안 차원에서 국산 대체에 대해 심도 있는 연구를 진행하고 있다”고 말하며, 향후 몇 년은 중국 반도체 공급망 전반의 국산 대체가 가속화하는 시기가 될 것이라 예상했다. 칩 제품뿐 아니라 칩 제조산업 상류의 파운드리, 테스트(패키징 단계) 및 관련 소재까지 전면적인 대체를 위한 수순에 들어갈 것이며, 주요 산업은 컴퓨팅, 통신분야로 세부품목으로는 마이크로프로세서, 메모리, SOC 메인 칩 등이 해당될 것이라 보았다. IC인사이츠에 따르면 2020년 중국의 반도체 자급률은 약 15.9%로 그 중 차량용 칩 자급률은 5% 미만이다. 시장 조사기관 IC Insights에 따르면 2021년 중국의 반도체 중 16%만이 국내에서 조달될 것으로 예상되며, TSMC, 삼성, SK하이닉스 와 같은 비대륙 기업을 포함하지 않는 한 6%로 더 낮을 것으로 본 바 있다.

 

EDA: 반도체 산업의 기초, 칩의 어머니로 불림. 집적회로 설계분야의 산업 최상위 업스트림이자 고부가가치산업, 핵심 소프트웨어 도구

EDA (Electronic Design Automation, 전자 설계 자동화)란, 컴퓨터 소프트웨어를 이용해 대규모 집적회로 설계, 시뮬레이션, 검증 등의 프로세스를 수행한다. 집적회로 산업이 발전함에 따라 설계 규모가 갈수록 커지고 있으며 공정이 점점 복잡해져, 수작업으로는 관련 작업을 수행하기 어려우므로, EDA 설계도구를 활용해 회로 설계, 판도설계, 검증, 성능 분석 등의 작업이 이뤄지게 된다. EDA 부품은 집적회로 분야의 상위 기초소재로 집적회로 설계, 제조, 패키징/테스트 등 전 산업 단계에 걸쳐 있는 집적회로 산업의 전략 기반 핵심 중 하나로, 집적회로 산업의 생산성과 제품 기술 수준에 중요한 영향을 미친다.

 

EDA는 집적회로의 거의 모든 측면에 걸쳐 있다. 예를 들어 집적회로 설계의 관점에서 설계자는 EDA 도구를 사용해 수십 만~수십 억 개에 달하는 트랜지스터의 복잡한 집적 회로를 설계해 설계 편차를 줄이고 유정 성공률을 높여 칩 제조 비용을 절감해야 할 필요성으로 인해 집적회로 제조의 관점에서 칩 제조 공정은 지속적으로 진화하고 있다. EDA는 설계-생산-공정 측면에서 칩의 설계, 제조, 패키징, 테스트 전 공정에 적용되고 있으며 칩 설계 회사에 사용되는 소프트웨어와 웨이퍼 공장에 사용되는 웨이퍼 제조 소프트웨어 등에도 사용된다.

 

<EDA와 집적회로 각 방면 연계 도표>

[자료: CSDN]

 

또 EDA는 반도체 다운스트림 산업에 미치는 레버리지 효과가 상당하다. 예를 들어 ESD Alliance와 WSTS에 따르면 2020년 전 세계 EDA 시장 규모는 115억 달러에 불과했지만 약 4404억 달러 규모의 반도체시장의 기반으로 자리했다. 이러한 EDA의 중요성으로 인해 산업체와의 결합이 더욱 긴밀해지고 있으며, EDA 산업은 디자인 효율을 높이고 기술 진보를 가속화하는 핵심 요소로 여겨진다. 특히 차세대 EDA 기술은 집적회로의 (1) 성능 향상 및 (2) 크기 감소를 위한 방향으로 개발되는 추세다.

2021년부터 중국 내의 정책 지원, 투자자본 확대, 시장 수요 성장 등 요인으로 중국 내 EDA 출시 붐이 시작됐으며, 이에 EDA 관련 기업 수가 빠르게 증가하고 있다. 또 전 산업계가 EDA의 중요성을 인식하고 있는 가운데 중국 정부 정책 또한 관련 방향으로 구체화되고 있다. 중국의 <14차5개년 계획>의 집적회로 산업은 7대 과학기술 전방분야에서 3순위를 차지했고, 특히 EDA 발전을 중점적으로 명시했다. 또 지난 2021년 11월의 <14차 5개년 소프트웨어·정보기술서비스업 개발계획>을 비롯, 베이징, 상하이, 광둥 등 주요 지방정부도 EDA 육성계획을 명시한 바 있다.

 

EDA 산업 스트림 및 대표기업

 

EDA 업스트림 산업에서 하드웨어 장비 대표기업은 애플, 휴렛팩커드, 델 등이며, 운영체제 대표 기업은 마이크로 소프트, 애플 등이다. EDA 개발도구 대표 기업은 MS, 오라클, 보조 소프트웨어 기업은 IBM, KINGDEE 등으로 분류된다. EDA 업계 중류에서 대표기업은 SYNOPSYS, CADENCE, SIEMENS 그리고 중국 로컬기업으로는 화대구천, 개론전자 등이 있다. EDA 다운스트림 산업에서 칩 설계 기업은 인텔, 삼성, Hisilicon, 쯔광그룹 등이 있으며, 웨이퍼 제조 대표기업은 TSMC, SMIC, 삼성 등이다.

<EDA 산업 주요기업>

[자료: 동오증권]

글로벌 EDA 시장은 Synopsys, Cadence 및 Siemens EDA가 전 세계 시장 점유율의 70% 이상을 차지하며, 중국 시장에서는 약 78% 비중을 차지하는 과점시장 구도다. 또한 해당 빅 3사는 타 EDA 회사 대비 높은 기술격차를 보여 진입이 쉽지 않다는 분석이 있다. 전반적으로 중국의 EDA 산업은 글로벌 주요기업의 과점, 높은 기술 장벽, 장기 투자 필요성, 인재 부족 등 문제에 직면해 있으며, 디지털 회로 및 고급 기술 전체 프로세스에 대한 중국 EDA 자체 기술 개발이 필요한 상황이다.

SEMI 데이터에 따르면 전 세계 EDA 시장 규모는 2012년 65억3600만 달러에서 2020년 114억6700만 달러로 크게 성장했다. 또 사이디 싱크탱크 데이터에 따르면 2018~2020년 기간 중국 EDA 시장 주요 3개사가 각 차지하는 비중은 2018년 77.1%, 2019년 77.4%, 2020년 77.7%로 주요 3사로의 집중 구도가 형성돼 있다.

<2020년 전 세계 EDA 시장 규모>

[자료: SEMI, 사이디]

 <2020년 전 세계 EDA시장 주요기업 점유율>

[자료: 사이디, 쳰잔산업연구원]

<2020년 중국 국내 EDA 시장 주요기업 점유 비중>

[자료: 사이디, 쳰잔산업연구원]

위와 같이 글로벌 EDA시장은 3대 선도기업이 전 세계 및 중국의 EDA 시장을 과점하고 있는 형태다. ESD Alliance와 쳰잔산업연구원에 Synopsys, Cadence와 SIEMENS EDA(2016년 Mentor Graphics 인수) 해당 3사의 2020년 글로벌 EDA 시장 매출 비중은 약 70% 수준이었다. 해당 3대 기업은 전 세계 유일한 설계 전공정 EDA 도구 솔루션을 보유한 기업이라는 평가다.

[참고] Synopsys, Cadence, Siemens EDA 기업 분석 ① 시놉시스: 글로벌 EDA 1위 기업인 시놉시스(Synopsys)는 1986년 설립됐으며, 2008년 전 세계 매출 1위의 EDA 소프트웨어 제조사로 자리했다. 시놉시스의 2020년 매출 수익은 36억8500만 달러 수준으로 2020년 전 세계 EDA 매출액의 32% 비중을 차지했다. 세계 유일한 실리콘 생산 제조, 칩 테스트, 설계에 이르는 전공정을 망라하는 EDA 회사로, 제품 강점은 디지털 프런트엔드, 디지털 백엔드, 검증 테스트 등의 단계에서 구현된다. <시놉시스 2020년 매출> <Synopsys 2018~2020년 매출구조 분석> [자료: Wind] ② 케이던스(Cadence): 1988년 SDA와 ECAD 두 회사의 합병으로 설립됐으며 잇따른 인수합병을 통해 1992년 EDA 업계 매출 1위로 올랐으나 2008년 이후 시놉시스에 밀려나 2020년 매출 26억8300만 달러 수준 기록. Cadence 제품 강점은 아날로그와 하이브리드 신호의 맞춤형회로와 판도설계에 있다. <Cadence 매출액 분포> [자료: Wind] <Cadence 2018~2020년 매출 수익 분석> [자료: Wind] ③Mentor Graphics는 2016년 독일 지멘스가 인수했다. 기존 Mentor Graphics사는 1981년 설립됐으며, 물리적 검측 분야와 PCB 분야 등에서 제품 강세를 가진다.  <3개 기업 대표 제품 비교표> 설계 프로세스 세부프로세스 Synopsys Cadence Siemens 시스템 구조 설계   CoCentric     디지털 프런트 엔드 HDL 코딩 VCS Xcelium NC-verilog Oasys-RTL 디지털 백엔드 시뮬레이션 검증 VCS Verilog-XL, NC-Verilog ModelSim 논리적 종합 Design Compiler Behavior Complier Genus, Synplity Catapult 정적 시계열 분석 PrimeTime Tempus Velocity 형식 검증 Formality Conformal Questa DFT DFT Complier Modus DFT Tessent 배치 계획 IC Complier, Design Complier, Astro Spectra, Design Planner/Innovus Aprisa CTS       배선       기생 매개변수 추출 StarRC Quantus   물리적  레이아웃 검증 IC Validator, Hercules Dracula, Virtuoso,  Vampire, Assura Calibre 전력 소비 분석 PrimePower Voltus PowerPro 아날로그,  디지털-아날로그 혼합 플랫폼   Custom Compiler,  PrimeSim,  Continuum Virtuoso Custom IC Symphony 아날로그 회로  시뮬레이션   PrimeSim HSPICE PrimeSim SPICE VCS PowerReplay Certitude Z01X Pspice Analog Artist Spectre Analog FastSPICE Eldo Platform Questa ADMS Symphony Mixed-Signal Platform [자료: 각 회사 홈페이지, 동오증권연구소 정리]

중국의 EDA 산업현황

중국의 EDA 산업은 비교적 빠른 시기에 시작됐지만 산업 생태 환경의 개발 및 지원이 선진국에 비해 늦었고, 또 EDA산업 특성상 기술 R&D 최적화 및 제품 검증에 반복된 개발이 필요하기 때문에 글로벌 EDA 대표 3사와 여전히 기술적 격차를 보이며 자급률이 낮은 편이다. 다만 최근 몇 년 동안, 중국 내 EDA 산업에 대한 정부, 시장의 관심이 증가하고 산업 업~다운스트림 시너지 효과가 크게 증가함에 따라 중국 EDA 기업은 산업 정책, 산업 환경, 투자 지원, 산업 수요 및 인재 육성과 같은 다양한 측면에서 긍정적인 영향을 받고 있다. 중상연구원에 따르면 2020년 중국의 EDA 시장 규모는 전년 대비 27.7% 증가한 약 93억 1천만 위안으로 세계 시장 점유율의 9.4%를 차지했고, 2022년 약 104억 위안 수준으로 늘어날 것으로 보인다.

<중국 반도체산업 규모>

[자료: 중국반도체산업협회]

*주: 중국 반도체산업 성장에 따라 레버리지 효과로 중국 EDA산업 또한 증가로 전망됨

<중국 EDA시장 규모 변화>

[자료: 중국반도체산업협회, 중상연구원]

 

2021년이 중국 EDA 산업 발전의 시작의 해였다면, 2022년부터 본격화될 것으로 보인다. 중국의 EDA 산업은 선진국에 비해 다소 늦었다. 중국의 EDA산업은1980년 중후반 부터 시작돼, 글로벌 EDA 산업의 발전보다 약 10여년 늦게 출발했다. 이후 1986~1994년 기간 중국 국내 집적회로 컴퓨팅 지원 설계시스템 등의 탄생 이후 두 번째 10년간의 발전단계를 거친 후 2008년부터 현재에 이르기까지 고부가가치를 창출하는 EDA 산업의 중요성이 강조됨에 따라 정책 지원이 강화되고 성장기를 맞고 있다.

도표1. <중국 EDA 산업 발전 경과>

[자료: 첸쟌산업연구원]

 

중국 EDA 산업 정책

최근 몇 년 동안 중국은 자국 내 EDA 산업 발전 추진을 위해 <13차5개년> 국가 발전 전략부터 <소프트웨어 및 정보기술서비스업발전계획(2016-2020년)>, <0~1까지 기초연구사업 강화 방안> 등 각종 정책을 발표하며 EDA산업 발전을 명시적으로 언급했다. 주요 정책지원 방향은 재정지원, 투융자, 연구개발 확대, 핵심부품기술 수출입 강화, 인재육성, 지식재산 정책, 시장화 활용정책, 국제협력 강화 등 8개 방면으로 크게 구분할 수 있다.

<2016-2020년 중국 EDA 업계의 주요 중점 정책 내역>

시기	정책명	주요 내용
2016.11	<13차 5개년 국가 전략 신흥산업 발전 계획>	생산 분야에서 인터넷의 융합 응용, 제조업과 인터넷의 융합 발전을 심화, '중국 제조+인터넷'의 실질적 돌파 추진 제조업 지향의 정보기술 서비스업 지지, 핵심 산업 소프트 하드웨어, 산업용 클라우드, 스마트 서비스 플랫폼 등 제조의 새로운 기반 구축, 스마트 제조, 네트워크화 시너지, 개인화 맞춤, 서비스화 확장 등 새로운 업태, 새로운 패러다임을 대대적으로 보급함
2016.12	<소프트웨어 및 정보 기술 서비스 산업 발전 계획(2016-2020)>	기초 공업, 프리미엄 산업 소프트웨어, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 정보 안전 등 인공 지능 중점 분야와 중요 수요를 대상으로 산학연 도킹, 국가급 혁신센터 설립, 혁신 성과의 빠른 응용을 지향으로 하는 혁신 성과 지속 개진 제조업을 둘러싼 산업 스트림을 중점으로 중요 산업 프리미엄 소프트웨어, 신형 산업 APP 등 연구개발 및 응용화 지원, 산업 발전 운영 시스템 및 빅데이터 산업관리 시스템 발전 제품의 소프트웨어 공급 능력 제고, 소프트웨어 지지 능력의 강화와 제조의 기반 작용 정의
2016.12	<정보산업발전 가이드>	체계화 혁신역량 강화, 최적화된 산업구조 구축, 정보기술 활용 촉진, 차세대 정보 인프라 구축, 정보통신·무선 산업 관리 수준 향상, 정보산업 안전보장 역량 강화, 국제화 발전력 강화 등 7대 과제는 집적회로, 기초 전자, 기반 소프트웨어·산업 소프트웨어, 핵심 응용 소프트웨어·산업 솔루션, 스마트 하드웨어·응용전자, 컴퓨터·통신장비, 빅데이터, 클라우드, 사물인터넷등  9개의 중점 발전 분야 확정
2018.9	<혁신창업의 질 높은 발전을 촉진하기 위한 혁신창업 업그레이드 의견>	산업 인터넷 혁신 발전의 심도 있는 추진 산업 인터넷 플랫폼 구축 추진으로 다층적이고 체계적인 산업 인터넷 플랫폼 시스템 형성 → 기업이 클라우드 플랫폼을 사용하도록 유도하고, 산업 소프트웨어의 발전을 가속화하며 산업 인터넷 응용 혁신 생태계 육성
2019.8	<산업 인터넷 보안 강화에 대한 지침 의견>	산업 및 기업이 맞춤형 보호 조치를 배치하고, 산업 생산·호스트·스마트 단말기 등 장비의 접근 보호와 보안 강화, 네트워크 협약·장치 장비·산업 소프트웨어 제어 등 보안을 강화하도록 감독 및 촉구
2020.1	<'0~1까지' 기초연구 사업 강화>	해당 <방안>에서는 핵심기술 중 중대한 과학적 문제에 대해 장기적 지원 계획과, 인공지능, 네트워크 공동 제조, 3D 프린팅과 레이저 제조, 집적회로와 마이크로 파이버 부품, 광전자 소자 및 집적회로 등 중대 분야 중점 지원을 명시함 집적회로가 명시적으로 포함됨. 이로써 기초연구 방면의 지원을 통한 핵심기술 돌파가 이루어질 것으로 기대
2020.7	<집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 고품질 개발을 촉진하기 위한 몇 가지 정책(국무원 등)>	집적회로 산업 및 소프트웨어 산업 개발 환경을 더욱 최적화하고, 산업 국제 협력을 심화함. 산업 혁신 능력과 개발 품질을 향상시키기 위한 금융, 투자 및 자금 조달 지원 강화, 연구개발, 수출입, 인재 육성, 지적 재산권, 시장 응용 프로그램 및 국제협력과 같은 8 가지 정책 조치를 수립함. 또한 시스템 메커니즘을 혁신하고, 집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 발전을 장려하며, 집적회로 및 소프트웨어 분야의 기업 적극적 육성 및 지적재산권 보호 시스템의 엄격한 이행으로 집적회로 및 소프트웨어 지적 재산권 침해에 대한 처벌 강화를 명시 산업 응집 및 개발 촉진, 산업 시장 질서 표준화, 국제 협력의 적극 수행 언급
2020년	<집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 고품질 개발을 촉진하기 위한 기업 소득세 정책에 관한 공지(재무부, 국세청 등)>	국가가 권장하는 집적회로 설계, 장비, 재료, 패키지, 테스트 기업 및 소프트웨어 기업은 이익 연도 첫해부터 2년 차까지 법인세 면제, 3~5년 차 25%의 법정 세율로 절반으로 감소. 국가가 권장하는 주요 집적회로 설계 기업 및 소프트웨어 기업은 이익 연도 첫해부터 5년 차까지 법인 소득세가 면제되며, 그 후 10%의 세율로 법인 소득세 감면
2021.3	<중화인민공화국 국민경제와 사회 발전 제14차 5년 계획과 2035년 비전 목표 개요>	집적회로 설계 도구, 중점 장비와 고순도 타깃 등 핵심 소재 연구 개발, 집적회로 선진 공정과 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 미세전자 제어시스템(MEMS) 등 특색 공정 돌파 및 첨단 메모리 기술 업그레이드, 탄화규소, 질화 갈륨 등 와이드 밴드갭 반도체 발전을 중점적으로 공략
2021.3	<집적회로산업 및 소프트웨어 산업 발전 수입 세' 정책 지원에 관한 고시>	재무부, 세관 총서, 세무총국은 집적회로산업과 소프트웨어 산업 발전 수입세금정책을 지원하는 통지문을 발표함: 집적회로의 선폭이 65나노미터 이하인 논리회로, 메모리 생산기업에서 수입한 국내생산이 불가능하거나 성능이 수요를 충족하지 못하는 자가용 생산성 원자재, 소모품 등의 수입관세 면제; 집적회로용 포토레지스트, 레티클, 8인치 및 그 이상인 실리콘 웨이퍼 생산 기업에서 수입한 국내생산이 불가능하거나 성능이 수요를 충족하지 못하는 정화실 전용 건축자재, 부속 시스템 및 생산 설비(수입 및 국내 설비 포함) 부품 등에 대한 수입관세 면제
2021.4	<중화인민공화국 공업정보화부, 국가 발전개혁위, 재무부와 국가세무총국 고시-2021년 제9호>	'국무원의 새로운 시기 집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 고품질 개발을 촉진하기 위한 몇 가지 정책에 관한 고시'(이하 "몇 가지 정책"이라 함) 및 그에 따른 조세 정책 관련 요구에 따라, 현재 정책 제2조의 국가에서 장려하는 집적회로 설계, 장비, 소재, 패키징, 테스트 기업은 반드시 다음 조건을 모두 만족해야 함: 중국 영역(홍콩, 마카오 및 대만 제외) 내에서 집적회로 설계, 전자 설계 자동화(EDA) 도구 개발 또는 지적 재산(IP) 핵심 설계에 종사하고 독립 법인 자격을 갖춘 기업
2021.6	<상하이시 전략적 신흥산업과 선도 산업 발전 '14.5' 계획>	집적회로 설계를 중점적으로 발전시킬 것 5G 통신(统信), 데스크톱 CPU/인공지능, 사물인터넷, 자동차 전자 등 핵심 칩 연구개발 역량을 높이고 핵심 IP 개발에 박차를 가해 FPGA, IGBT, MCU 등 핵심 소자 개발을 추진 집적회로 설계 도구 공급능력 향상, 전 공정 EDA 플랫폼 육성, 국산 EDA 산업 발전 생태계 최적화
2021.7	<상하이시 선진 제조업 발전을 위한 14차 5개년 계획>	집적회로, 바이오 의약품, 인공지능 등 3대 선도산업을 앞세워 전자정보, 자동차, 첨단 장비, 첨단소재 등 EDA 및 다운스트림 산업을 대대적으로 육성하고 "3+6" 신형 산업 체계를 구축해 국제 경쟁력을 갖춘 프리미엄 산업 클러스터를 만들 것을 제안 칩 설계 방면에서 핵심기업의 칩 설계 능력을 3나노 이하로 끌어올려 국가급 EDA 플랫폼을 만들고 신규 명령어 집합, 관건 핵심 IP 등 시장 경쟁력의 형성을 지원
2021.11	<'14.5' 소프트웨어 및 정보기술 서비스 산업 발전 계획>	산업 소프트웨어 혁신 및 핵심 기초 소프트웨어 단점 보완에 중점을 둠 EDA 개발업체, 칩 설계업체, 파운드리 업체 등 업-다운스트림 기업의 기술 연합 협력체제를 구축해 디지털, 아날로그 및 디지털-아날로그 혼합 회로 설계, 검증, 물리 구현, 제조 테스트 전 과정에 대한 핵심기술 돌파, 선진 공정/공구 완전화
2021.12	<중앙경제사업 회의>	'국가전략 과학기술 역량 강화' 및 '산업체인 공급망 자율 규제 역량 강화'를 2022년 2대 중점 사업으로 정하고 단점 보완 및 장점 강화를 총괄적으로 추진함. 산업의 취약한 부분을 겨냥한 핵심기술 난제 해결 프로젝트 실시를 통해 가능한 빠른 시기에 문제를 해결하고 산업 우위분야에서 독보적인 기술을 배양할 것

[자료: 각 부처 발표]

2021년 중국의 IC 설계기업 수는 약 2810개 사에 달했으며 그 중 413개 사가 1억 위안 이상의 매출을 기록하는 등, EDA에 대한 수요는 계속 강세를 보이고 있다. 또 한편, 5G, 인공지능, 산업인터넷, 차량용 전자제품, 블록 체인 및 기타 응용산업의 발전으로 IC 설계 측면에서 사용자 맞춤의 개성화된 요구조건이 제시되고 있다. ESDAlliance에 따르면 2020년 전 세계 EDA시장 규모는 115억 달러로, 지난 2010-2020년의 약 10여년 기간 연평균성장률 8%의 높은 수준에 달했다. 또 Verified Market Research에 따르면 2028년에 이르면 전 세계 EDA 시장은 약 215억6000만 달러 규모로 2020~2028년 8년간 연평균성장률 8.21%로 전망된다.

 

중국의 EDA 산업 발전 방향은?

 

위와 같이 해외의 주요기업이 선도하는EDA 제품 종류는 비교적 완전한 기술집약 체계를 구축하고 있다. EDA 제품을 분류해보면 EDA 툴 산업체인은 40여 개 세부 영역으로 나뉘며 중국 내 제조사는 글로벌 3사와는 달리 EDA 전체 프로세스와 세부영역을 다 커버하지는 못하고 있다. 2021년 12월 기준 중국 로컬 EDA 선도기업인 화대구천(Empyrean)만이 아날로그칩 설계와 태블릿 설계의 전 프로세스 커버리지만 구현 가능하고 커버리지 비중은 40% 정도로 나타난데 비해, 다른 중국 로컬 EDA 제조업체 제품은 여전히 전 프로세스 제품 서비스 제공이 어려운 것으로 나타나고 있다.

EDA 발전에는 핵심 코어 IP또한 중요하다. IP는 해외 EDA 사의 중요한 매출 비중으로 자리 잡았지만 중국 로컬 EDA 사는 현재까지 코어 IP분야에서 대규모 발전이 이루어지지는 못했다. EDA 글로벌 3대 기업 중 Synopsys와 Cadence는 IP 시장의 선도기업으로, Synopsys와 Cadence IP 시장 매출 규모 점유율은 ARM에 이어 전 세계 2, 3위 수준이다. 이에 비해 중국 로컬 EDA 업체는 대부분 EDA 도구 연구 제작단계에 머물고 있고, IP 개발사업에 대한 별도의 사업 배치가 없다. 하지만 집적회로 산업이 지속 성장할수록 핵심 코어IP의 역할은 더욱 중요해질 것으로 보여 관련 개발동향 추이를 지속 관찰해야 한다.

<글로벌 EDA주요기업 Synopsys , Cadence의 IP 관련 사업 매출비중 상승세>

[자료: S2CEDA 연구소]

EDA 산업의 발전은 장기간에 걸친, R&D 투자, 인재 양성 및 특허 축적이 필요하다. EDA는 R&D 비용이 기업 영업수익의 40%를 차지할 정도로 기술적 장벽이 높고 총이익률이 80% 안팎에 달하는 고부가가치 산업이다. 전 세계 약 70% 이상의 점유를 하고 있는 대표 3사(Cadence/Synopsys/Mentor)는 지난 30년 동안 300회에 가까운 인수합병을 통해 제품, 기술라인을 완비해왔다.

중국의 경우 반도체 다운스트림 산업의 빠른 성장으로 EDA시장 또한 성장을 이룰 수 있는 기반이 마련돼 있다. 중국 집적회로 산업의 급속한 발전과 함께 중국 국내 IC 설계산업의 매출액 상승, IC설계 기업 수 증가, 웨이퍼 공장 생산력 확장 등으로 EDA 기술 또한 활성화된 하위 시장으로 인해 시장 규모가 지속 확대될 것으로 전망된다. 현재 기준 중국 국내 EDA 시장 규모는 전체 반도체 업계의 0.9% 비중을 차지한다. 이는 전 세계 2.6%보다 훨씬 낮은 비율로, 여전히 성장 여지가 있음을 보여준다.

 

EDA 산업 발전에는 전문 인재 육성이 필수적이다. 중국의 경우 EDA 전문 인력이 부족하며 다수의 인력이 외국계 EDA 기업에 재직하고 있다. 사이디 싱크탱크에 따르면 2020년 중국 EDA 업계 종사자 수는 약 4400명 규모로 이 중 중국 로컬 EDA 기업 재직자 수는 약 2000명이었다. 이는 2018년의 700명보다는 크게 늘어난 수치지만, 여전히 해외와의 격차가 큰 편이다. 제23회 중국 집적회로 제조 연차총회 발표에 따르면 전 세계 EDA 업계 종사자수는 4만 명 정도로 2021년 12월 기준 시놉시스 직원 수만 약 1만5000명 이상이었다.

<2018~2020년 중국 EDA 산업 인재 현황(단위: 명)>

[자료: CCID 싱크탱크, 첸쟌산업연구원]

중국 EDA산업의 자국산화 방향: 자본시장 관심 증가, 주요 로컬기업 IPO 잇달아   

 

중국의 EDA산업은 1980년대 이후 30여 년 만에 대대적인 정책 및 자본 지원 시기에 돌입했다. 특히 ZTE, 화웨이 등으로 대표되는 중국 ICT 기반 기업의 성장으로, 핵심 기반 기술 보유 중요성이 부각되면서 자본시장에서도 EDA 업계에 대한 투자 관심이 높아지는 추세다. S2CEDA 연구소에 따르면 2020년 EDA 업계로의 투융자 건수는 총 16건으로 2010년의 1건에 불과했던 것과 대비해 16배 증가했다.

<중국 EDA 산업 연간 투융자 완료 건수>

[자료: S2CEDA 연구소]

 

중국 EDA 산업의 발전 규모가 커지면서 로컬 EDA 제조사수 또한 지속 증가하고 있다. 2020년 기준 중국 내 약 49개의 EDA 기업이 있었고, 2021년 12월 30일 기준 중국 로컬 4개 사가 IPO를 신청했으며 그 중 Primarius Technologie(가이룬전자;概伦电子)는 상하이교역소 커촹반(科创板)에 상장을 성공한 바 있다. 상기 중국 로컬 EDA 기업은 세부 분야에서 핵심기술 돌파를 위한 연구개발을 수행하고 있다. 사이디 싱크탱크에 따르면 2018~2020년 기간 중국 EDA 시장 총매출액 중 중국 로컬 점유율은 기존 6%에서 11%로 늘어난 바 있다.

<2008년 이후 중국 로컬 EDA 제조사 증가세>

[자료: S2CEDA 연구소]

 

중국 EDA 주요 3사 현황: EDA 중국 자국산화 발전 선도

1) 화대구천 华大九天(영문명: Empyrean): 중국의 대표적인 EDA 제조사 

1980년대 최초의 중국산 EDA 프로그램(숑마오(PANDA))을 개발한 이력에서 이어지며, 주요 제품으로는 아날로그 회로 설계 전 공정 EDA 도구 시스템, 디지털 회로설계 EDA 도구, 태블릿 디스플레이 회로 설계 전 공정 EDA 도구 시스템, 웨이퍼 제조 EDA 도구 등이 있다. 사이디 데이터에 따르면, 화대구천은 2020년 중국 EDA 시장의 약 6%를 점유했으며, 중국 EDA 시장 내 영업 수익 점유율은 50% 비중을 넘어서며, 로컬 EDA 기업에서 1위를 차지하고 있다. 2020년 기준 화대구천의 총매출액 4억1500만 위안으로 전년 동기 대비 61% 증가해 중국산 EDA 제조업체 중 가장 빠른 성장세를 보였다.

<화대구천 매출규모 및 매출 구조 분석>

  

 [자료: Wind]

중국을 대표하는 EDA기업으로 화대구천은 중국 전자산업의 정책적, 투자 지원을 받고 있다. 화대구천의 최대주주는 중국전자정보산업 집단유한공사(약칭: 중국전자, CEC)로 이는 중앙정부가 관리하는 국유기업이다. CEC는 폐이텅, 청두화메이전자, 란치테크놀로지, 중국 진화 등 다수의 기업을 산하에 두고 있으며, 이러한 산업사슬을 통해 화대구천의 기술개발과 응용화, 인수합병 등 산업사슬의 발전을 지원하고 있다. 또 중국반도체 국유펀드(国家集成电路产业投资基金股份有限公司)도 화대구천에 투자한 바 있으며, 이로써 중국 반도체 산업 사슬, 소재~패키징 테스트에 이르기까지 전면적인 투자를 강화하고 있다.

 

2) 가이룬전자 概伦电子(영문명: PRIMARIUS TECHNOLOGIES)(概伦电子)

가이룬전자는 중국 DTCO 기술의 선두기업으로 알려져 있다. 특히 대규모 고정밀 집적회로 시뮬레이션, 하이엔드 반도체 소자 모델링, 반도체 파라미터 테스트 솔루션을 제공하는 업체로, 첨단 공정 개발과 하이엔드 칩 설계의 심도 있는 연동을 추진하는 것이 특징이다. 가이룬전자는 2010년 설립됐으며 창업주는 글로벌 EDA 3사중 하나인 Cadence 글로벌 부사장을 역임한 바 있다.

가이룬전자는 부품 모델링 및 회로 시뮬레이션 분야 연구개발에 중점을 두고 있으며 관련 EDA 핵심기술을 독립적으로 개발해 7nm, 5nm, 3nm와 같은 첨단 공정 노드에서 대규모 복합 집적회로를 지원하는 방향으로 나아가고 있다는 분석이다. 지난 2021년 12월, 상하이교역소 커촹반에 상장됐으며, 이번 IPO를 통한 투자금 모집은 메모리 EDA를 위한 전체 프로세스 도구 연구개발을 위한 것으로 알려졌으며, 이에 메모리 칩 전체 프로세스 설계 플랫폼 및 관련 EDA 도구의 연구 개발을 계속해 해당분야에서 강점을 확대할 계획이라 밝혔다.

가이룬전자의 2020년 기준 매출 규모는 1억3700만 위안으로 전년 대비 110% 증가했다. 회사의 매출 수익 구조는 주로 EDA 도구 라이선스, 반도체 장치 특성화 테스트 기기 판매 및 반도체 엔지니어링 서비스로 분류된다. 반도체 소자 특성 테스트기의 비중은 매년 증가세를 유지해 2020년 18%의 높은 비중을 차지했다.

<가이룬전자 매출규모 및 매 구조 분석>

  

[자료: Wind]

 

3) 광리웨이 广立微(영문명: Semitronix)

중국의 집적회로 EDA 소프트웨어 및 웨이퍼급 전기성 시험 장비 공급업체 로컬기업 중 하나로, 2003년 항저우에 설립됐다. 회사는 칩 수율 향상과 전기성 테스트 신속 모니터링 기술에 집중해 주로 EDA 소프트웨어, 회로 IP, WAT 테스트 장비 및 칩 수율 향상 기술과 결합된 전 공정 솔루션을 제공하고 있으며, 회사의 앞선 솔루션은 이미 180~4nm 공정기술 노드에 성공적으로 적용된 바 있다. 최근 몇 년간 매출 증가 속도가 비교적 빠르며 주요 매출수익 구조는 소프트웨어 기술 개발과 소프트웨어 도구 라이센스로 분류된다. 

<광리웨이 매출규모 및 매출구조 분석>

 

[자료: Wind]

 

광리전자의 특징은 해외 글로벌 3대 선도기업과의 직접적인 경쟁은 피하면서 중국 내 집적회로 업계의 수율 향상 분야의 시장 공백을 공략해 비교적 이른 시기에 해당 분야 사업 영위를 시작했으며, 다년간의 발전을 통해 수율 향상 분야에서 심도있는 발전을 이뤘다는 분석이다. 광리웨이 주요 고객사는 삼성 등 IDM 메이커, 중국 화홍그룹(华虹集团), 웨신반도체(粤芯半导体), 허페이징허(合肥晶合), 창신메모리(长鑫存储) 등의 파운드리 제조사와 일부 팹리스제조사를 포함한다. 광리웨이 또한 지난 2021년 12월, 창업판(创业板)에 IPO를 신청한 바 있으며, 투자 모금액은 아래 해당 분야 연구개발 확대로 이용할 계획이라 밝혔다.

<광리웨이 IPO 투자금 사용계획>

프로젝트 명칭	프로젝트 투자액(만 위안)
집적회로 수율 기술 업그레이드 개발사업	21,542.86
집적회로 고성능 웨이퍼 레벨 테스트 장비 업그레이드 연구개발 및 산업화 프로젝트	27,506.37
집적회로 EDA 산업화 기반 프로젝트	34,508.09
유동자금 보충	12,000.00

[자료: 광리웨이투자설명서]

 

시사점 및 전망

 

반도체는 업~다운스트림 산업 간 연계가 크며, 연관 시장(미래형 디지털산업-AI, 클라우드, 전기차, 소비전자 등)으로 이어지는 핵심기반으로 자리한다. 특히 EDA, 코어IP같은 기술기반 산업은 후방산업의 제조사와의 긴밀한 연계와 협력이 필수적이다. EDA 소프트웨어는 독립적으로 발전하는 것이 아닌, 칩 설계, 웨이퍼 제조사와 공동으로 협력해 제품을 생산하고 기술 발전을 추진해야 한다. 이미 칩 설계 분야에서는Nvidia, Intel, AMD, 파운드리 업체로는 삼성, TSMC, GlobalFoundries 등과 같이 반도체 산업은 글로벌 생산 체인이 비교적 완비해 있으며, 이 중 EDA는 산업 체인에서 핵심적인 역할을 수행한다.

글로벌 EDA 시장은 주요 3사(Synopsys, Cadence, Siemens)의 시장 점유가 뚜렷하고, 이미 확보된 고객풀이 탄탄하다. 선진 시장의 EDA 산업은 50여 년 동안 성장을 거듭해 기술, 생태계, 고객 확보 등이 비교적 잘 갖추어져 있다. 특히 코어 IP는 이미 해외 EDA 사의 중요한 매출 수익원으로 자리하고 있는데 비해, 중국과 같은 후발주자의 EDA 로컬기업은 자리 잡았지만 국산 EDA 사는 아직 대규모로 전개하지 못하고 있는 실정이다. 시장 가치 측면에서 EDA산업의 글로벌 시장 규모는 70억 달러를 초과하지만, 전체 반도체 산업 내에서 차지하는 비중은 작은 편이다. 다만 반도체 산업과 수 조 달러 규모에 이르는 전체 반도체 후방 전자정보 시장을 감안하면 레버리지 효과가 상당하며 디지털 경제의 중추로 자리한다. EDA가 집적회로 산업에 미치는 레버리지 영향은 약 60배에 달하며, 중국의 경우 집적회로 시장의 빠른 성장과 확대로 EDA 시장 개발로 인한 레버리지 효과가 더 클 것으로 기대된다.

AI 기술을 접목한 EDA 공정 또한 새롭게 떠오르는 추세다. EDA는 ‘전자 설계 자동화’를 의미하지만, 실제 많은 작업이 수동으로 수행된다. 칩 설계가 더욱 정교해지는 미래에는 AI 기술을 접목한 EDA 자동화로 이동할 가능성이 크다. 기존의 EDA 설계 도구에서 칩 아키텍처 탐색, 설계, 검증, 레이아웃 및 배선 작업은 고급 인재를 필요로 하며, 중국은 글로벌 대기업에 비해 전문 인재 풀이 여전히 작다는 한계가 있다. 이에 중국의 EDA 설계 방향은 인적, 물적 자원 의존을 줄이고, 설계 주기 감축과 칩 설계 및 생산의 성능과 정밀도 향상을 위한 지능형 추세로 개발될 것으로 보인다.

중국 중앙, 지방정부에서도 EDA와 같은 반도체 산업의 핵심기술 구축을 위한 각종 정책을 발표하고 있다. 그 중 상하이의 사례를 보면, 집적회로 산업을 시 중점육성 산업으로 지정한 바 있고, 특히 <상하이 집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 고품질 개발 촉진(18호)>는 EDA/IP 및 기타 산업 소프트웨어 지원 정책을 구체적으로 명시한 최초의 특별 정책으로 참고할 만하다.

<상하이 집적회로 산업 및 소프트웨어 산업의 고품질 개발 촉진(18호)-EDA산업 지원 발췌>

 [자료: 마이크로집적회로 네트워크 기사, 정책발표 요약]

EDA 산업은 반도체 산업의 핵심 기반으로, 집적회로 제조업 등 후방 산업사슬 간 긴밀한 협력이 필요하다. 반도체산업 핵심기술 측면에서 자국 기술력을 강화하고자 하는 중국의 정책, 기업동향을 검토하며 우리 산업에 미치는 영향과 시사점을 도출해야 할 시간이다. 

자료: WIND, SEMI,  CSDN, 중국반도체산업협회, 사이디싱크탱크, 쳰잔산업연구원, 중상연구원, 동오증권, 궈진증권, 동방증권연구소 등